Postarea Înțelegerea rețelelor și nodurilor Blockchain a apărut mai întâi pe Coinpedia Fintech News
Introducere
Tehnologia Blockchain a adus o mare revoluție digitală care ne-a schimbat perspectiva asupra tranzacțiilor, securității, descentralizării și transparenței. Acest articol se concentrează pe o înțelegere cuprinzătoare a rețelelor și nodurilor Blockchain. Nodurile și rețelele sunt pilonii arhitecturii și funcționalității blockchain-urilor. Dezvoltatorii trebuie să stăpânească aceste concepte pentru o dezvoltare eficientă a blockchain-ului și să țină cont de vastul domeniu de aplicații din diverse industrii, cum ar fi finanțele și managementul lanțului de aprovizionare.
Ce este o rețea Blockchain?
O rețea blockchain este practic un registru distribuit sau un sistem de înregistrare în care mai multe dispozitive partajează și validează informații despre tranzacții în mod transparent.
Componentele cheie ale rețelei Blockchain sunt:
Noduri: computere sau dispozitive care participă la rețea
Ledger: O bază de date sau o înregistrare digitală a tuturor tranzacțiilor
Contracte inteligente: contractele inteligente sunt denumite programe de nivel înalt care se compilează în codul octet EVM și, de asemenea, o etapă prealabilă pentru implementarea pe blockchain-ul Ethereum. Ne permite să efectuăm tranzacții de încredere, care sunt sigure, fără interferențe ale terților, urmăribile și ireversibile
Mecanism de consens: Un set de protocoale care trebuie urmat de nodurile din rețea privind starea blockchain-ului.
Tipuri de rețele blockchain:
Public: După cum sugerează și numele, este deschis tuturor. Nicio entitate nu controlează Rețeaua Publică. Aceste rețele sunt descentralizate și transparente. Exemplele sunt Bitcoin și Ethereum, iar cazurile de utilizare generale sunt dApps.
Privat: rețelele private sunt limitate numai la cei care sunt autorizați. Sunt controlați de o singură organizație. Exemple sunt Hyperldger Fabric și Corda, iar cazurile generale de utilizare sunt soluțiile de management al lanțului de aprovizionare și de întreprindere.
Consorțiu: O rețea de consorțiu este un amestec de rețele publice și private, controlate și gestionate de un grup de organizații. Este parțial descentralizat, oferind transparență până la un anumit nivel. Exemple sunt Quorum și Energy Webchain. Utilizat de obicei în colaborările din industrie și aplicațiile bazate pe consorțiu.
Hibrid: este o combinație de atribute de rețea publică și privată. Accesul la rețeaua hibridă este personalizabil, unele date fiind publice, iar altele restricționate. Exemplu de lanț Dragion utilizat în soluții de întreprindere personalizabile
Noduri în Blockchain
Nodurile pot fi denumite dispozitive sau computere individuale care fac parte din rețeaua blockchain și urmează protocoalele. Nodurile sunt o parte inevitabilă a Blockchain, deoarece păstrează o copie a registrului public și participă la mecanismele de consens.
Tipuri de noduri:
Nodurile complete: Nodurile complete sunt dispozitivele care mențin o copie completă a blockchain-ului. Aceste noduri joacă un rol crucial în validarea blocurilor de tranzacții și în asigurarea integrității securității blockchain-ului. Acestea sunt considerate a fi nodurile sigure și de încredere.
Nodurile ușoare: Nodurile ușoare stochează doar antetul blocului, care este un subset al datelor blockchain. Nodurile ușoare depind de nodurile complete pentru verificarea și validarea tranzacțiilor.
Noduri de minerit: Aceste noduri participă la rețea rezolvând puzzle-uri criptografice, numite minerit. Nodurile miniere oferă securitate rețelei prin validarea tranzacțiilor și, de asemenea, ajută la menținerea securității prin Proof of Work (PoW).
Nodurile principale: nodurile principale îndeplinesc sarcini speciale, cum ar fi validarea tranzacțiilor instantanee sau participarea la guvernare. Îmbunătățește funcționalitatea și îmbunătățește stabilitatea blockchain-ului. Datorită funcționalității de calcul, are nevoie de resurse uriașe de energie.
Configurarea și configurarea nodurilor
Ghid pentru configurarea diferitelor tipuri de noduri:
Nod complet:
Instalați software-ul client Blockchain precum Bitcoin Core sau Geth.
Descărcați datele lanțului și sincronizați-vă cu rețeaua
Configurați setările precum stocarea și lățimea de bandă. etc
Nod de lumină
Instalați software-ul client cum ar fi Electrum pentru Bitcoin sau MetaMask pentru Ethereum.
Sincronizați-le cu nodurile complete pentru a verifica tranzacțiile
Configurați pentru performanță optimă
Nodul minier
Instalați software precum CGminer sau Ethminer
Alăturați-vă unui grup minier pentru eforturi și recompense colective
Configurați pentru a obține rezultate optime
Nodul principal
Verificați cerințele de garanție înainte de a configura
Instalați software-ul specific referitor la blockchain
Configurați pentru performanță și eficiență mai bune
Cele mai bune practici de configurare.
Actualizați în mod regulat software-ul
Aveți grijă de măsurile de securitate implementând firewall-uri și antivirus
Asigurați alocarea adecvată a resurselor
Considerații de securitate pentru noduri.
Utilizați criptarea pentru transmiterea datelor
Asigurați protecție împotriva atacurilor DDos Distributed Denial of Service
Auditează regulat parametrii de securitate
Topologii de rețea
Topologia rețelei este aranjarea interconexiunilor dintre nodurile din rețea. Topologia conturează și explică modul în care dispozitivele comunică, transmit, propagă tranzacțiile și ajung la un consens. Alegerea corespunzătoare a topologiei este necesară pentru eficiența, scalabilitatea și securitatea rețelei.
Topologii comune utilizate în rețelele blockchain.
Topologie Peer-to-Peer (P2P): În această topologie, fiecare nod este conectat direct, făcând toate nodurile participanți egali. Această topologie face o rețea descentralizată în care toate nodurile pot iniția și valida tranzacțiile. Bitcoin folosește topologia de rețea P2P.
Pro:
Descentralizat
Rezistent
Sigur
Contra:
Întârzierile de propagare sunt direct proporționale cu creșterea rețelei
Conexiunile multiple duc la o suprasarcină mare a lățimii de bandă.
Topologie federată: Topologia federată permite doar celor autorizați să participe la consens, iar alții se pot alătura acestei topologii, dar nu o pot valida. Aceasta este, de asemenea, cunoscută ca o rețea de consorțiu. Folosită popular în Ripple
Pro:
Eficient și rapid datorită nodurilor mai mici din proces
Este scalabil datorită debitului mai mare
Accesul controlat sporește securitatea
Contra:
Mai centralizat, prin urmare, creează probleme de încredere
Are nevoie de mecanisme solide de guvernare.
Topologie hibridă
După cum sugerează și numele, este o combinație de topologii P2P și federate. Acceptă mai multe straturi și permisiuni pentru grupuri de dispozitive și menține descentralizarea. Dragonchain folosește topologia hibridă.
Pro:
Eficient și rapid, deoarece este o combinație de topologie P2P și federată.
Flexibil și personalizabil.
Contra:
Proiectare și implementare complexă
Până la un anumit nivel se poate înclina spre centralizare.
Mecanisme de consens
Mecanismele de consens sunt un set de protocoale care ar trebui urmate de nodurile din rețea pentru a conveni asupra stării registrului. Aceste mecanisme sunt utilizate pentru validarea și autentificarea tranzacțiilor.
Algoritmi populari de consens:
Dovada muncii (PoW): Proof of Work este cunoscută și sub numele de minerit. În acest mecanism de consens, utilizatorii trebuie să rezolve puzzle-uri criptografice care îi răsplătesc. Este un concurs în care primul care o rezolvă ajunge să pună în joc noul bloc. Acest algoritm folosește hashing pentru a securiza blockchain-ul. Dificultatea puzzle-urilor PoW asigură că blockchain-ul rămâne sigur și controlează rata cu care sunt adăugate blocuri noi.
Proof of Stake (PoS): Proof of Stake selectează validatorii în funcție de numărul de monede pe care le dețin și de miza ca garanție. Procesul de selecție nu depinde doar de miză, ci și de factori precum vârsta monedei și aleatorietatea. Validatorii care au cea mai mică valoare hash și cea mai mare miză sunt aleși pentru a adăuga noul bloc. PoS este mai eficient din punct de vedere energetic decât PoW. Acest mecanism este implementat în Ethereum 2.0.
Delegated Proof of Stake (DPoS): folosește delegații și reputația pentru validarea tranzacției. Folosit în EOS
Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT): Mecanismul de vot al nodurilor este utilizat pentru validare. Acesta este foarte tolerant la fraudă și este utilizat în materialul Hyperledger.
Proof of Authority (PoA): Acest mecanism folosește entități prestabilite pentru validare. Folosit în VeChain.
Comunicarea nodului și sincronizarea
Trebuie să vă întrebați cum comunică nodurile în cadrul rețelei. Răspunsul este similar cu ceea ce fac oamenii, Noduri descoperă alte noduri folosind protocoale precum Gossip și apoi propagă mesajele. Interesant nu?
Procesul de sincronizare a nodurilor implică doi pași, în primul rând sincronizarea inițială în care descărcați și verificați sincronizarea și sincronizarea în curs, care trebuie doar să se actualizeze cu tranzacții noi.
Tehnicile pentru a asigura o comunicare eficientă și sigură ar trebui să fie:
Utilizarea protocoalelor optimizate și eficiente.
Criptați datele
Utilizați redundanța pentru a evita pierderea datelor.
Provocări și soluții în comunicarea nodului:
Îmbunătățiți latența prin implementarea conexiunilor și protocoalelor de mare viteză
Asigurați criptare puternică și protecție DDoS
Asigurați utilizarea topologiilor scalabile
Monitorizarea și menținerea rețelelor Blockchain
Instrumente și tehnici pentru monitorizarea rețelelor blockchain:
Prometeu
Grafana
Explorator de blocuri
Performanța rețelei depinde de latența, debitul, performanța nodului de monitorizare și timpul de creare a blocurilor.
Practici de întreținere pentru noduri.
Actualizați în mod regulat software-ul
Verificați întotdeauna patch-ul de securitate folosit.
Audituri de rutină
Depanarea problemelor comune sunt problemele de conectivitate și problemele de sincronizare.
Asigurarea disponibilității și fiabilității prin implementarea redundanței și utilizarea tehnicilor de echilibrare a sarcinii.
Scalabilitate și optimizare a performanței
Provocări în scalarea rețelelor blockchain
Debitul tranzacției
Multe rețele se confruntă cu problema de debit mai scăzut în timp ce procesează un număr mai mare de tranzacții pe secundă. Mecanismele tradiționale de consens pot fi lente și consumatoare de resurse.
Depozitare
O altă provocare majoră cu care se confruntă este stocarea, deoarece blockchain-ul crește și cantitatea de date crește, ceea ce afectează capacitatea de stocare și eficiența recuperării datelor.
Strategii pentru îmbunătățirea scalabilității rețelei.
Soluții de strat 2:
Lightning Network: Bitcoin folosește această soluție în afara lanțului pentru transferuri mai rapide și mai ieftine. Stabilește căi de plată între utilizatori. Blockchain-ul se înregistrează când căile se deschid sau se închid.
Plasmă și Rollups: Ethereum se cântărește cu aceste instrumente. Ei gestionează tranzacțiile în afara lanțului și oferă lanțului principal o scurtă recapitulare. Acest lucru reduce munca pentru blockchain-ul principal.
Sharding:
Partiționarea datelor: Sharding împarte blockchain-ul în biți mai mici, ușor de gestionat (shards). Fiecare cioburi se ocupă de tranzacțiile și ofertele sale inteligente. Acest lucru ușurează presiunea asupra întregii rețele.
Procesare paralelă: fragmentele pot aborda tranzacții în același timp. Acest lucru crește cât de multe tranzacții poate gestiona rețeaua cu mult.
Tehnici de optimizare a performanței pentru noduri
Optimizați datele și stocarea
Efectuați tăierea
Utilizați algoritmi eficiente de consens
Utilizați sistemul de gestionare a bazei de date eficient.
Tendințele viitoare în scalabilitatea blockchain
Au existat evoluții în ultima vreme în mecanismele de consens. Există noi completări precum Proof of History (PoH) utilizate de Solana. De asemenea, există o adaptare a unui ansamblu de consens diferit într-un singur mecanism. Există progrese în soluțiile de nivel 2, cum ar fi lanțurile de stat și lanțurile laterale și integrarea interoperabilității
Studii de caz și exemple practice
Bitcoin:
Bitcoin se bazează pe mecanismul PoW care are probleme precum scalabilitatea și debitul tranzacțiilor, de aceea soluția implementată pentru această problemă a fost Segregated Witness (SegWit), care reduce dimensiunea tranzacției și crește capacitatea blocului. Implementarea soluției Lightning Network de nivel doi crește viteza tranzacției. Aceste îmbunătățiri au fost valoroase pentru problemele cu care se confruntă
Schimbarea Ethereum 2.0:
Scaling Hurdles: Primul sistem PoW al lui Ethereum a avut viteza de 15 TPS, la fel ca Bitcoin.
Actul de echilibru: Ethereum s-a luptat să echilibreze securitatea, creșterea rapidă și scalabilitatea.
Dovada mizei (PoS): Ethereum 2.0 schimbă PoW cu PoS. Această nouă metodă economisește energie și gestionează mai multe tranzacții.
Split Chains: Ethereum 2.0 aduce lanțuri divizate. Acestea îi permit să se ocupe de multe tranzacții simultan, sporindu-și puterea în mare măsură.
Concluzie
Putem încheia spunând că pentru o rețea eficientă înțelegerea topologiei și arhitecturii rețelei este esențială. Dezvoltatorii împreună cu practicile de codificare trebuie să-și perfecționeze cunoștințele și să învețe continuu despre actualizările din acest domeniu. O bună păstrare a acestor concepte ajută dezvoltatorii să construiască aplicații blockchain sigure, eficiente și scalabile, iar utilizatorii pot naviga mai bine în domeniul blockchain.
Citește și: Stăpânește limbajul de programare Solidity în 5 minute: coloana vertebrală a contractelor inteligente Ethereum
